多功能智能电表的关键技术研究

摘要：近年来，随着科学技术的不断发展，我国电网事业突飞猛进，“智能电网”理念也已在发、输、配、变、用的各个环节体现的淋漓尽致。作为直接面向用电客户的终端设备，多功能智能电表就是其中一个典型的智能化仪器，其除具有传统的电能计量、电费核算功能，在计量精度、远程通讯、防窃电等方面达到了更高的水平，能更好的应对新时代人们日益增长的用电质量诉求。

关键词：智能电表;电能采集;计量精度;防窃电

近年来，我国经济发展不断进步，电网规模也随之不断扩大，为了更好地管理和运营电网，智能电表被广泛应用在电力领域，极大地改善了人们的用电质量和用电体验，保证了生产生活能够稳定用电、安全用电。基于此，本文对智能电表在电能采集与电费核算、计算机网络通讯、防窃电等方面的关键技术进行了探索研究，希望对智能电表技术研究方面的相关人士提供一些参考。

1 电能采集与电费核算

1.1 提高计量精度的相关技术

电能计量是电能表的本质属性，因此提高其计量精确度才是重中之重。传统的普通电能表是根据其内置的铝盘转数来间接推算电能的，计量过程抗干扰性弱，精确度差。而智能电表是全电子式电能表，其周期性地对电力用户家中的用电电压、电流、频率等用电信号采样，然后通过DSP、ARM等高集成度的芯片对采样信号进行运算处理，除去采样过程中的干扰信号，并最终输出用户耗电量。值得强调的是，这个周期性的过程，一秒可进行数百次甚至上千次。另外，智能电表计量模块对采样信号进行处理的算法也是越来越优化，例如，有的智能电表运用快速傅里叶变换算法，减少了谐波对电表计量精度的影响;还有的运用复化牛顿-柯特斯积分算法代替点积算法，通过提升算法自身的准确度来达到提升计量精度的目的。

1.2 双向计量

近年来，我国电气化进程蓬勃发展，电能在人们生产生活中的作用越来越不可替代，已经成为经济发展和社会安全稳定的重要支柱。然而，煤炭、石油、天然气等非可再生能源储量有限，全球面临着巨大的能源危机。为了减轻对传统能源的依赖性，缓解全球能源危机，太阳能发电、小型水利发电、沼气发电等分布式电源在用户侧得到了很好的应用和推广。分布式电源除了供用户自身用电，还可以将剩余电量传输到大电网上，为用户带来一定的经济收入。这就要求智能电表要具备双向计量的功能，不仅能记录从大电网传输到用户侧的电能，而且能够准确计量从用户反馈到大电网上的电能。因为内部高集成度MCU（微控制器）的控制，智能电表在双向计量的同时，还能实现高效、便捷的电能管理，例如分时计量、用电量的分类记录、电费分类统计等。

2 网络通讯技术

2.1 远程抄表

远程抄表技术可实时准确地对各电力用户家中的电表数据进行远程采集，不需要抄表人员逐户核查用电量，节省了大量人力、物力和时间，电费的核算、支付变得快速便捷。一般情况下，几百个甚至上千个智能电表可配置在一个采集器下，其通过例如RS485、GPRS、电力载波等构成的星形网络与上级采集器连接。智能电表中的计量模块经过不断地计量算法运算处理会得到实时电能数据。当远程抄表启动时，这些电能数据将被上传到各对应的采集器，再通过数据总线或无线传输通道反馈给电能管理单位的上位机。这样，电能管理单位就能实时了解各电力用户的用电情况及需求，可实时的进行电费核算操作，并利用移动互联网对外提供支付宝、微信等多元化的服务窗口。通过这些服务窗口，广大电力用户足不出户便可实现电费的缴纳，并可準确、及时的掌握自己的电能能耗信息和电费支付情况。

2.2 双向通讯

智能电表具有双向通讯功能，使电网的运营管理更加智能化、便捷化，极大地提高了运作效率。电力管理单位的上位机一方面能接收来自智能电表的各种电能信息;另一方面还能实时向智能电表下达各种控制指令，例如发现窃电行为时下达的停电措施。另外，双向通讯也体现在智能电表和电力用户家中智能家电的双向互动方面，它们一般是通过wifi、zigbee等无线通信方式进行信息传递的。冰箱、洗衣机、空调等智能家电的运行状态被智能电表监控的同时，智能电表也能对这些智能家电的运行状态进行调控，达到节约用电的目的。

3 防窃电技术

3.1 异常信号监测

智能电表具有对电压、电流、三相电压相位、三相电流相位等运行数据进行动态实时监测的功能。针对失、欠压窃电，智能电表设置了欠压阈值和失压阈值，当监测到的电压值小于失压阈值，则失压窃电行为发生;当监测到的电压值介于欠压阈值和失压阈值之间时，则欠压窃电行为发生。针对欠流窃电，当监测到电流线圈的工作状态出现异常时，自动记录窃电行为并上传上位机，立即采取有效制止措施。针对移相窃电，当监测到三相电压相位或者三相电流相位的相对关系发生变化时，可认定窃电行为发生。

3.2 防窃电自主保护程序

智能电表的MCU（微控制器）内编有防窃电自主保护程序，一定程度上可对窃电行为进行有效的制止。当判定发生窃电行为后，智能电表将马上自主启动防窃电自主保护程序，发出报警信号，并及时地将窃电行为发生的编码地址及有关详细信息上传到电力管理单位或者相关的台区负责人。

4 结语

随着时代的发展和科技的进步，电网的运营模式越来越智能化，正朝着全面实现“智能电网”的目标前进。作为智能电网最终端的智能化仪器，智能电表相较普通电表，计量精度和工作效率更高，不仅具有基本的电能采集和电费核算功能，还具有双向计量、双向通信和防窃电等功能。通过智能电表，除了电力管理单位，普通电力用户也可以实时掌握自己的用电情况，电力用户的用电质量和用电体验得到了极大提升。

参考文献：

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[3]郭青龙.电子式电能表可靠性预计方法研究及应用[D].南京：南京师范大学，2013.

作者简介：张世熙（1987-），男，山西文水人，本科，工程师，现场检验科，研究方向：电能计量装置现场检验、电能数据采集。